继电保护基本原理培训课件(石油化工学院继保培训)

继电保护基本原理
主讲老师—李遥
2013年6月24日
大型电力系统图
大型 水电站 电电线路 区域电网 地方电网
热电厂 工厂总降压变电所
厂区高压 配电线路 用户配 变电站 火电厂 车间配电所
一、系统发生短路时可能产生的严重后果 1 、数值较大的短路电流通过故障点时，引燃 电弧，使故障设备损坏或烧毁； 2 、短路电流通过非故障设备时，产生发热和 电动力，使其绝缘遭受到破坏或缩短使用寿命； 3 、电力系统中部分地区的电压大幅度下降， 破坏电能用户正常工作或影响产品的质量； 4 、破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的 稳定性，使系统发生振荡，甚至使整个电力系 统瓦解。（频率稳定和电压稳定）
3、定时限过电流保护（第III段电流保护） 能保护本线路的全长，也能保护相邻线路的全长，作为本级 线路的近后备保护 ，还作为相邻线路的远后备保护，以时限保 证选择性。 按照躲开最大负荷电流来整定，在正常运行情况下不应启动， 而在电网发生短路故障时，则能反映于电流的增大而动作。
4、三段式电流保护的评价： 其主要优点就是简单、可靠，并且在一般情况下也 能够满足快速切除故障的要求，因此在电网中特别是 在35kV及以下的较低电压网络中获得了广泛应用。但 其缺点是受电网的接线以及电力系统运行方式变化的 影响。 5、电流保护的接线方式：三相星形接线、两相星形接 线
4个基本要求： (1)选择性：即保护装动作时，仅将故障设备从 电力系统中切除，尽量缩小停电范围，保证无 故障部分仍能继续安全运行。 保护装置或断路器可能拒动，需考虑后备 保护问题（差动保护区间内外；单侧电源定时限和延时速断）
(2) 速动性：快速切除故障可以提高电力系统并列运 行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时 间，以及缩小故障设备的损坏程度。 常识：快速保护动作时间一般30ms，最快10ms 断路器动作时间一般60～150ms ，最快20～60ms (3)灵敏性：指对其保护范围内发生故障或不正常运 行状态的反应能力。在保护范围内，不论短路点的位 置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻， 都能敏锐的正确反映。 (4)可靠性：保护范围内发生了应该动作的故障时， 必须可靠动作；不该动作时，必须可靠不动。
2 、灵敏性与可靠性存在矛盾，太灵敏，易“误 动” ；过分的考虑“稳妥性”，增加了“拒动” 的可能性。 1）系统中有充足的备用容量、输电线路很多、 各系统之间和电源与负荷之间联系很紧密时，提 高继电保护“不拒动”的可靠性比提高“不误动” 的可靠性更为重要； 2）系统中备用容量很少，各系统之间和电源与 负荷之间联系比较薄弱的情况下，提高继电保护 “不误动”的可靠性比提高“不拒动”的可靠性 更为重要。
2）加入消弧线圈接地电网的零序等效网络如下：
3、消弧线圈的补偿方式 1）完全补偿：IL=IC，接地点的电流近似为0，仅从避免弧光电 压角度看补偿效果最好，但其存在很大的缺点，因为完全补偿 时，满足串联谐振的条件，在正常情况下，如果架空线路对地 电容的不平衡或负荷不平衡，并且在断路器非全相合闸时，都 将会在中性点产生不平衡电压，该电压在串联谐振回路中产生 更大电流，使中性点对地电压升高，这是不允许的，实际上不 采用。 2）欠补偿： IL<IC，补偿后的接地电流仍然为容性，仍不能避 免全补偿存在的缺点，因为当线路运行方式发生变化时，如线 路跳闸，有可能出现全补偿的情况，实际上一般不采用。 3）过补偿：接地点残余电流为感性，运行方式发生变化也不会 引起串联谐振，补偿最佳方式。
4、单相接地暂态过程：线路在发生单相接地故障时， 接地电容电流在接地瞬间较稳态值大很多倍，可以将 暂态电流看成如下两个电流的叠加： 1）故障相电压的突然降低，引起的放电电容电流； 2）非故障相电压的突然升高，引起的充电电容电流。 5、中性点不接地电网的单相接地保护 1）零序电压保护：利用不接地系统单相接地时，在本 网络的所有变电所及发电厂母线上都将产生零序电压 的原理，进行报警，提示运行管理员及时处理故障， 但不能区分哪条线路接地，必须靠人为拉闸进行选线。
五、继电保护装置发展史 1 、机电式继电器：以电磁型、感应型、电动型 继电器为主，都具有机械转动部分。 2 、晶体管继电保护装置（第一代电子式静态保 护装置） 3 、集成电路继电保护装置（第二代电子式静态 保护装置）。 4 、微机保护装置（采用单片机、DSP、嵌入式 微机等）
线路保护的基本原理
一、三段式电流保护 1、电流速断保护（第I段电流保护、瞬动I段电流保护)： 1）简单可靠、广泛应用； 缺点是不可能保护线路的全长，且 保护范围受系统运行方式和短路类型变化的影响；对于短线路 很可能保护范围为零（首末端短路电流相差不大）。 2）图片：见下图 3）分析： a）整定原则：按照躲过最大运行方式下本线路尾端三相短路 时电流整定。 b）为何不能保护线路的全长：目的是为了保证选择性，因为 末端与下一级保护出口短路电流相差很小。 c）保护范围怎样受系统运行方式的影响：最大运行方式时，保 护范围最大；最小运行方式时，保护范围最小，甚至失灵。
b ）限时速断保护灵敏性的要求：为了保证在线路末端 短路时，保护装置一定能够动作，对限时电流速断保 护要求Km> 1.3～1.5，以防止当线路末端短路时，出 现一些不利于保护动作启动的因素（如非金属性短路、 计算误差、互感器误差、保护装置误差等），使保护 拒动。 c）速断与限时速断保护配合的评价：两个保护的联合 工作保证了全线路范围内的故障都能在0.5秒的时间范 围内切除，在一般的情况下都能够满足速动性的要求， 能够构成一条线路的主保护。
二、中性点非直接接地电网的零序保护 1、中心点不接地电网单相接地故障的特点： 1）三相之间的线电压仍然对称，对负荷的供电没有影响，可以 继续运行1－2个小时； 2）单相接地后，其他两相对地电压升高1.732倍，对系统的绝 缘造成影响，故应该及时发信号，以便运行人员采取措施排除 故障；
3) 在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压，并且整个系统零序电压 相等； 4）在非故障相的元件上流有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电 容性无功功率的实际方向为母线流向线路； 5）在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之和，方向由 线路流向母线。
2、中性点经消弧线圈接地电网相关问题： 1）消弧线圈的作用： 中性点不接地系统发生单相接地故障时，在接地点 流过全系统的对地电容电流，如果该电流够大，就会 在接地点燃起电弧，导致两点或多点的接地短路，造 成停电事故。为了解决这个问题，在系统的中性点接 入一个电感线圈，当系统发生接地时，给系统补偿一 个电感电流，该电感电流也流过接地点，对电容电流 进行补偿，消除接地弧光，故这个电感线圈叫消弧线 圈。
2、时限电流速断保护（第II段电流保护） 1）切除本线路上速断保护范围以外的故障，对于该保 护的要求是： a ）在任何情况下，能保护线路的全长，并具有足够的 灵敏性； b ）在较小的时限快速切除全线路范围以内的故障。 3）分析： a）整定原则：按照保护范围不超出相邻线路I段电流保 护的范围，动作时限比相邻线路速断保护高出一个时 间阶段Δt，通常取0.5秒。
三、继电保护装置的基本任务
1 、自动、迅速、有选择性地将故障设备从电力系统中切除， 使故障设备免于继续遭到破坏，保证其他无故障设备迅速恢复 正常运行；(在最短的时间内，切除故障，把事故限制在最小 的范围内) 2 、反应电气设备的不正常运行情况，并根据运行维护的条件， 动作于发信号，由运行人员进行处理或自动进行调整或将继续 运行会引起事故的电气设备切除，此类装置允许带有一定的延 时。 3、继电保护装置还可以和电力系统中其它自动化装置配合， 在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间。
2）零序基波电流保护：根据不接地系统单相接地时， 在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电 容电流之和，也即故障线路上零序电流最大的特点设 置保护区分哪条线路接地。 3）零序五次谐波电流保护：在带有消弧线圈的不接地 系统中，电容基波电流被补偿，装置很难保证零序基 波电流保护的灵敏度，此时，可利用发生接地所产生 的零序五次谐波电流进行保护。 4）零序电流功率方向保护：利用发生接地时，在故障 线路上零序电流方向由线路流向母线，非故障线路零 序电流方向由母线流向线路的原理进行保护。
二、继电保护装置 继电保护装置是指安装在被保护设备上， 反应被保护设备故障或不正常运行状态并作用 于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继 电保护装置最初是以机电式继电器为主构成的， 故称为继电保护装置，而目前继电器已被电子 元件及计算机替代，但仍沿用此名称。在电力 部门常用继电保护一词泛指继电保护技术或由 各种继电保护装置组成的继电保护系统。
四性的相互关系：
1 、选择性与速动性存在矛盾，二者兼顾，结构复杂，成本过 高（差动保护可解决矛盾） 有些情况必须保证快速动作： 1）维持系统稳定，快速切除高压输电线路故障； 2）使得发电厂或重要用户母线电压低于允许值（一般0.7以下） 3）大容量发电机、变压器及电动机内部故障 4）危及人身安全或公共安全的故障等